CN107543673B - 一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，包括工作台振动测试系统和磨削电主轴振动测试系统，两者相对布设，且通过Labview模块程序与信号采集系统的结合实现信号的采集、分析和输出功能；本发明解决不同转速及不同负载工况下磨削电主轴振动特性难题，并通过设计可调节电涡流传感器安装支架，实现磨削工艺系统振动测试综合试验，包括进给系统及磨削电主轴系统，可考虑进给工作台的振动与磨削电主轴振动的相互作用及其对磨削工艺的稳定性及效率的影响，是实验分析结果符合现实工艺生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，属于磨削工艺振动检测技术领域。
背景技术
以高速磨削电主轴为核心的磨削工艺已广泛应用于加工制造业，大大提高了磨削工件的表面精度。在提高工件表面磨削精度的同时，往往伴随着加工质量稳定性较差及加工效率较低等问题，为保证高速磨削工艺的稳定性，并提高加工效率，需对磨削工艺系统进行试验分析，便于研究或优化磨削工艺系统的结构设计及工艺参数。现已有很多高校或企业研究磨削工艺系统中的磨削电主轴可靠性问题，大多数实验均是在静态加载或空载运转工况下进行的，这些试验分析结果均与实际磨削加工过程中的工况条件差距很大，实验分析结论往往不能应用到实际生产中；在研究磨削工艺问题中，几乎没有学者对磨削工艺系统加工过程进行实验研究，仅仅对加工过程中的进给工作台或磨削电主轴进行实验研究，无法研究进给工作台的振动与磨削电主轴振动的相互作用及其对磨削工艺的稳定性及效率的影响，实验分析结果同样与实际磨削过程具有较大误差。
Labview(实验室虚拟仪器集成环境)是由美国国家仪器公司(NationalInstruments，NI)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。不同于C和BASIC等其它计算机语言开发环境，其突出的特点是使用图形化编辑语言G编辑程序，产生框图式程序，且Labview带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发工具，如信号处理函数集，包括谱分析、信号运算、波形调理等，可对信号采集波形及数据进行实时显示，便于进行直接及时的分析，控制信号的波形，观察实际振动的波形，时域与频谱图等，并可对不同的信号处理要求设计对应的显示程序。
发明内容
本发明提供一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，解决不同转速及不同负载工况下磨削电主轴振动特性难题，并通过设计可调节电涡流传感器安装支架，实现磨削工艺系统振动测试综合试验，包括进给系统及磨削电主轴系统，可考虑进给工作台的振动与磨削电主轴振动的相互作用及其对磨削工艺的稳定性及效率的影响，使实验分析结果符合现实工艺生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，包括工作台振动测试系统和磨削电主轴振动测试系统，两者相对布设，且通过Labview模块程序与信号采集系统的结合实现信号的采集、分析和输出功能；
作为本发明的进一步优选，所述的工作台振动测试系统包括磁台，磨削工件安装在磁台表面的一侧，在磨削工件的一侧安装多个三向加速度传感器，还包括第一滑动装置，其安装在磁台底部，用于实现磁台不同进给速度的移动；
所述的磨削电主轴振动测试系统包括磨削电主轴，其一端安插在电主轴集装箱内，另一端垂直悬挂布设在磨削工件上方，且电主轴集装箱的一侧通过第二滑动装置可滑动连接在主轴系统支架上，还包括沿着径向方向布设在磨削电主轴四周的第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器，第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器中间设有90度夹角，且第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器均与磨削电主轴不接触；磨削电主轴的底端靠近磨削工件的部分套设有砂轮；
还包括传感器前置器和变压器，第一电涡流位移传感器的探头和第二电涡流位移传感器的探头通过探头连接线与传感器前置器和变压器连接，传感器前置器和变压器同时与数据采集箱相连通；
作为本发明的进一步优选，所述的第一滑动装置包括直线导轨和滑块，还包括磨床底座，直线导轨布设在磨床底座表面，辅助平台通过滑块可移动安装在直线导轨上，辅助平台的一端安装有磁台，在磨床底座靠近辅助平台另一端处安装有金刚滚轮，辅助平台滚珠丝杠的一端通过辅助平台滚珠丝杠螺母通过轴承连接在辅助平台的一端，辅助平台滚珠丝杠的另一端与联轴器的一端通过轴承连接，联轴器的另一端与丝杠电动机连通；
作为本发明的进一步优选，所述的第二滑动装置包括集装箱导轨和主轴系统滑块，还包括主轴系统支架，集装箱导轨布设在主轴系统支架表面，电主轴集装箱通过主轴系统滑块可移动安装在集装箱导轨上，在电主轴集装箱底部安装有集装箱滚珠丝杠副，在电主轴集装箱内安装有第一电动机和电主轴电动机，其中，第一电动机与集装箱滚珠丝杠副相连通，电主轴电动机与磨削电主轴相连通；
作为本发明的进一步优选，还包括第一安装支架底座和第二安装支架底座，两者并排设置，布设在靠近磨削工件安装三向加速度传感器的一侧，且两者与磁台之间留有间距，在第一安装支架底座表面安装第一横板，第二安装支架底座表面安装第二横板，第一横板的一端固定在第一安装支架底座上，另一端伸出第一安装支架底座，靠近磨削电主轴，第二横板的一端固定在第二安装支架底座上，另一端伸出第二安装支架底座，靠近磨削电主轴；还包括第一传感器安装支架和第二传感器安装支架，两者均呈L型结构设置，第一传感器安装支架安装在第一横板的另一端端头，第二传感器安装支架安装在第二横板的另一端端头，其中，第一传感器安装支架上安装有第一电涡流位移传感器，第二传感器安装支架上安装有第二电涡流位移传感器，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架中间呈90度角安装；
作为本发明的进一步优选，第一安装支架底座和第二安装支架底座上均匀开设有多个螺纹孔，第一横板和第二横板通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内；在第一横板、第二横板上均匀开设有多个螺纹孔，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内；
作为本发明的进一步优选，与第一安装支架底座和第二安装支架底座并排布设的还有变压器和数据采集箱，在第一安装支架底座和第二安装支架底座上分别安装有一个传感器前置器，分别选用5V电涡流位移传感器前置器和24V电涡流位移传感器前置器，第一电涡流位移传感器选用M8电涡流位移传感器，第二电涡流位移传感器选用M14电涡流位移传感器。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明能够测量磨削工艺系统加工过程中磨削电主轴不同转速及不同负载工况的X、Y方向轴心偏转位移；
本发明试验过程中设计的电涡流传感器安装支架可调节不同高低长短距离，测量不同磨削电主轴直径及安装位置；
本发明能够考虑进给工作台的振动与磨削电主轴振动的相互作用及其对磨削工艺的稳定性及效率的影响，实现磨削工艺系统加工过程中振动综合测试；
本发明实验方法可通过Labview信号编辑VI程序进行试验过程的信号实时显示、记录、分析等，且编辑的信号读取写入VI程序可实现信号存储格式改变，便于matlab等其它分析软件读取，以便进行信号的后续处理分析。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的测试综合试验平台的整体三维结构图；
图2是本发明的优选实施例的电涡流位移传感器安装支架三维装配图；
图3是本发明的优选实施例的三向加速度传感器安装位置的放大图；
图4是本发明的优选实施例的电涡流位移传感器非接触式测量安装位置放大图；
图5是本发明的优选实施例的测试综合试验平台的三维结构俯视图；
图6是本发明的优选实施例的测试综合试验平台的三维结构侧视图；
图7是本发明的优选实施例的Labview信号采集分析VI程序框图；
图8是本发明的优选实施例的Labview信号储存文件格式转换VI程序框图；
图9是本发明的优选实施例的第一安装支架底座上第一横板半剖图；
图10是本发明的优选实施例的第一安装支架底座上第一横板的三维结构图；
图11是本发明的优选实施例的第二安装支架底座上第二横板的半剖图；
图12是本发明的优选实施例的第二安装支架底座上第二横板的三维结构图；
图13是本发明的优选实施例的第一安装支架底座三维结构图；
图14是本发明的优选实施例的第一传感器安装支架三维结构图；
图15是本发明的优选实施例的第二传感器安装支架三维结构图；
图16是本发明的优选实施例的工作台振动测试系统三维结构示意图；
图17是本发明的优选实施例的工作台振动测试系统俯视图；
图18是本发明的优选实施例的工作台振动测试系统正视图；
图19是本发明的优选实施例的磨削电主轴三维结构示意图；
图20是本发明的优选实施例的整体结构示意图。
图中：1为磨削电主轴，2为第一传感器安装支架，3为第二传感器安装支架，4为传感器前置器，5为第一横板，6为第二横板，7为第一安装支架底座，8为变压器，9为第二安装支架底座，10为数据采集箱，11为金刚滚轮，12为磨削工件，13为磁台，14为砂轮，15为第一加速度传感器，16为第二加速度传感器，17为第一电涡流位移传感器的探头，18为第二电涡流位移传感器的探头，19为传感器前置器，20为工作平台挡板，21为辅助平台，22为辅助平台滚珠丝杠螺母，23为磨床底座，24为电动机连接板，25为辅助平台滚珠丝杠，26为联轴器安装板，27为直线导轨，28为丝杠电动机，29为联轴器，30为滑块，31为电主轴集装箱，32为集装箱导轨，33为集装箱滚珠丝杠副，34为主轴系统支架，35为主轴系统滑块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图20所示，本发明的一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，包括工作台振动测试系统和磨削电主轴振动测试系统，两者相对布设，且通过Labview模块程序与信号采集系统的结合实现信号的采集、分析和输出功能；
作为本发明的进一步优选，所述的工作台振动测试系统包括磁台，磨削工件安装在磁台表面的一侧，在磨削工件的一侧安装多个三向加速度传感器，还包括第一滑动装置，其安装在磁台底部，用于实现磁台不同进给速度的移动；本发明中使用两个三向加速度传感器，分别为第一加速度传感器和第二加速度传感器；
所述的磨削电主轴振动测试系统包括磨削电主轴，其一端安插在电主轴集装箱内，另一端垂直悬挂布设在磨削工件上方，且电主轴集装箱的一侧通过第二滑动装置可滑动连接在主轴系统支架上，还包括沿着径向方向布设在磨削电主轴四周的第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器，第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器中间设有90度夹角，且第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器均与磨削电主轴不接触；磨削电主轴的底端靠近磨削工件的部分套设有砂轮；
还包括传感器前置器和变压器，第一电涡流位移传感器的探头和第二电涡流位移传感器的探头通过探头连接线与传感器前置器和变压器连接，传感器前置器和变压器同时与数据采集箱相连通；用以输入适合电涡流位移传感器量程的电压，成对电涡流传感器探头即第一电涡流位移传感器的探头和第二电涡流位移传感器的探头垂直安装，测量不同转速及不同负载下磨削电主轴X、Y方向的轴心偏转位移；用万能表分别测量量程5V和24V电涡流传感器输出电压，变化探头与磨削电主轴测试表面之间的距离，计算出针对此磨削电主轴材料的电涡流分辨率，并将其分辨率分别输入Labview初始化程序中，便于振动位移信号采集。
作为本发明的进一步优选，所述的第一滑动装置包括直线导轨和滑块，还包括磨床底座，直线导轨布设在磨床底座表面，辅助平台通过滑块可移动安装在直线导轨上，辅助平台的一端安装有磁台，在磨床底座靠近辅助平台另一端处安装有金刚滚轮，辅助平台滚珠丝杠的一端通过辅助平台滚珠丝杠螺母通过轴承连接在辅助平台的一端，辅助平台滚珠丝杠的另一端与联轴器的一端通过轴承连接，联轴器的另一端与丝杠电动机连通；在磨床底座远离辅助平台滚珠丝杠的一端安装有工作平台挡板，磨床底座的另一端安装有电动机连接板，联轴器与丝杠电动机之间安装有联轴器安装板；
作为本发明的进一步优选，所述的第二滑动装置包括集装箱导轨和主轴系统滑块，还包括主轴系统支架，集装箱导轨布设在主轴系统支架表面，电主轴集装箱通过主轴系统滑块可移动安装在集装箱导轨上，在电主轴集装箱底部安装有集装箱滚珠丝杠副，在电主轴集装箱内安装有第一电动机和电主轴电动机，其中，第一电动机与集装箱滚珠丝杠副相连通，电主轴电动机与磨削电主轴相连通；
作为本发明的进一步优选，还包括第一安装支架底座和第二安装支架底座，两者并排设置，布设在靠近磨削工件安装三向加速度传感器的一侧，且两者与磁台之间留有间距，在第一安装支架底座表面安装第一横板，第二安装支架底座表面安装第二横板，第一横板的一端固定在第一安装支架底座上，另一端伸出第一安装支架底座，靠近磨削电主轴，第二横板的一端固定在第二安装支架底座上，另一端伸出第二安装支架底座，靠近磨削电主轴；还包括第一传感器安装支架和第二传感器安装支架，两者均呈L型结构设置，第一传感器安装支架安装在第一横板的另一端端头，第二传感器安装支架安装在第二横板的另一端端头，其中，第一传感器安装支架上安装有第一电涡流位移传感器，第二传感器安装支架上安装有第二电涡流位移传感器，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架中间呈90度角安装；
作为本发明的进一步优选，第一安装支架底座和第二安装支架底座上均匀开设有多个螺纹孔，第一横板和第二横板通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内；在第一横板、第二横板上均匀开设有多个螺纹孔，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内；
作为本发明的进一步优选，与第一安装支架底座和第二安装支架底座并排布设的还有变压器和数据采集箱，在第一安装支架底座和第二安装支架底座上分别安装有一个传感器前置器，分别选用5V电涡流位移传感器前置器和24V电涡流位移传感器前置器，第一电涡流位移传感器选用M8电涡流位移传感器，第二电涡流位移传感器选用M14电涡流位移传感器；
给丝杠电动机不同转速参数，实现进给工作台以不同的进给速度往复运动，此时，在磨削工件的一侧安装多个三向加速度传感器，三向加速度传感器粘贴在磨削工件侧面跟随进给工作台往复运动，测量其磨削过程中加速度振动信号，通过加速度传感器连接线及通道连接线与数据采集箱相连，实时采集测量加速度振动信号，数据采集箱与装有Labview开发程序的上位机相连，用于实时观察振动信号的时域波形图，存储测量信号数据，实时分析采集信号，输出信号频谱图等其它信号特征，预测磨削工件表面质量，反映加工状态，使其运行于安全状态，预防设备生产事故的发生。
第二电涡流位移传感器的探头和第一电涡流位移传感器的探头18通过探头连接线分别与24V电涡流位移传感器前置器和5V电涡流位移传感器前置器连接，电涡流位移传感器前置器与变压器连接，获得合适的电压输入值，5V和24V量程电涡流位移传感器前置器通过通道连接线与数据采集箱通道连接，实现传感器测试电压信号采集，磨削加工过程中设置不同的砂轮转速及磨削深度，采用电涡流位移传感器非接触式测量方式，通过电涡流位移传感器分辨率设置，在上位机Labview程序窗口中输出不同转速不同负载工况下磨削电主轴振动位移信号。
数据采集箱集数据采集卡、滤波器、放大器、数模转换器等于一体，数据采集箱设置有20个数据采集通道，该试验平台中只需加速度传感器输入通道6个及电涡流传感器输入通道2个，分别通过通道连接线连接传感器及数据采集箱，数据采集箱通过机箱电脑连接线与上位机连接，上位机内装有Labview开发模块程序，通过传感器测试信号，Lavbiew模块程序结合数据采集箱采集分析振动信号的实验方法实现磨削工艺系统振动测试。
Labview模块程序编辑，借助Labview软件突出于C和BASIC等其它计算机语言开发环境的特点，使用Labview软件自带的图形化编辑语言G编辑程序，如图7和图8，图7为创建VI测试程序，通过DAQ帮助程序对不同传感器的灵敏度及传感器通道类型进行设置，设置6个加速度信号输入通道、2个电压信号输入通道用于数据采集；通过函数模版中的信号处理子程序，选择频谱处理函数及均方根处理函数分析得到的加速度信号及位移信号；通过在Labview前置面板中设计需要的信号输出波形图编辑选项卡控件，用于实时显示输入信号的波形图及信号分析处理后的频谱波形图等，便于进行直接及时的分析；图8为编辑信号读取写入VI程序，实现测试信号数据输出格式的转换，Labview信号存储格式为tdms格式，而一般软件不识别该文件格式，通过编辑读取写入程序将文件格式改为txt格式，便于读入matlab等软件，进行信号后续处理分析。
下方表格为采用本测试综合实验平台测试得出的部分数据统计：
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，其特征在于：包括工作台振动测试系统和磨削电主轴振动测试系统，两者相对布设，且通过Labview模块程序与信号采集系统的结合实现信号的采集、分析和输出功能；
所述的工作台振动测试系统包括磁台，磨削工件安装在磁台表面的一侧，在磨削工件的一侧安装多个三向加速度传感器，
所述的磨削电主轴振动测试系统包括磨削电主轴，其一端安插在电主轴集装箱内，另一端垂直悬挂布设在磨削工件上方，还包括沿着径向方向布设在磨削电主轴四周的第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器；
还包括第一安装支架底座和第二安装支架底座，两者并排设置，布设在靠近磨削工件安装三向加速度传感器的一侧，且两者与磁台之间留有间距，在第一安装支架底座表面安装第一横板，第二安装支架底座表面安装第二横板，第一横板的一端固定在第一安装支架底座上，另一端伸出第一安装支架底座，靠近磨削电主轴，第二横板的一端固定在第二安装支架底座上，另一端伸出第二安装支架底座，靠近磨削电主轴；还包括第一传感器安装支架和第二传感器安装支架，两者均呈L型结构设置，第一传感器安装支架安装在第一横板的另一端端头，第二传感器安装支架安装在第二横板的另一端端头，其中，第一传感器安装支架上安装有第一电涡流位移传感器，第二传感器安装支架上安装有第二电涡流位移传感器，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架中间呈90度角安装；
第一安装支架底座和第二安装支架底座上均匀开设有多个螺纹孔，第一横板和第二横板通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内；在第一横板、第二横板上均匀开设有多个螺纹孔，第一传感器安装支架和第二传感器安装支架通过螺栓分别连接安装在其中一个螺纹孔内。
2.根据权利要求1所述的基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，其特征在于：所述的工作台振动测试系统包括磁台，磨削工件安装在磁台表面的一侧，在磨削工件的一侧安装多个三向加速度传感器，还包括第一滑动装置，其安装在磁台底部，用于实现磁台不同进给速度的移动；
所述的磨削电主轴振动测试系统包括磨削电主轴，其一端安插在电主轴集装箱内，另一端垂直悬挂布设在磨削工件上方，且电主轴集装箱的一侧通过第二滑动装置可滑动连接在主轴系统支架上，还包括沿着径向方向布设在磨削电主轴四周的第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器，第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器中间设有90度夹角，且第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器均与磨削电主轴不接触；磨削电主轴的底端靠近磨削工件的部分套设有砂轮；
还包括传感器前置器和变压器，第一电涡流位移传感器的探头和第二电涡流位移传感器的探头通过探头连接线与传感器前置器和变压器连接，传感器前置器和变压器同时与数据采集箱相连通。
3.根据权利要求1所述的基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，其特征在于：第一滑动装置包括直线导轨和滑块，还包括磨床底座，直线导轨布设在磨床底座表面，辅助平台通过滑块可移动安装在直线导轨上，辅助平台的一端安装有磁台，在磨床底座靠近辅助平台另一端处安装有金刚滚轮，辅助平台滚珠丝杠的一端通过辅助平台滚珠丝杠螺母通过轴承连接在辅助平台的一端，辅助平台滚珠丝杠的另一端与联轴器的一端通过轴承连接，联轴器的另一端与丝杠电动机连通。
4.根据权利要求1所述的基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，其特征在于：第二滑动装置包括集装箱导轨和主轴系统滑块，还包括主轴系统支架，集装箱导轨布设在主轴系统支架表面，电主轴集装箱通过主轴系统滑块可移动安装在集装箱导轨上，在电主轴集装箱底部安装有集装箱滚珠丝杠副，在电主轴集装箱内安装有第一电动机和电主轴电动机，其中，第一电动机与集装箱滚珠丝杠副相连通，电主轴电动机与磨削电主轴相连通。
5.根据权利要求1所述的基于Labview的磨削工艺系统振动测试综合试验平台，其特征在于：与第一安装支架底座和第二安装支架底座并排布设的还有变压器和数据采集箱，在第一安装支架底座和第二安装支架底座上分别安装有一个传感器前置器，分别选用5V电涡流位移传感器前置器和24V电涡流位移传感器前置器，第一电涡流位移传感器选用M8电涡流位移传感器，第二电涡流位移传感器选用M14电涡流位移传感器。
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| CN107543673A (zh) | 2018-01-05 |
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